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实验报告要求:
,每个报告装订成一份,每人4份,不要将4个实验报告装订成1
份了。
实验一:常用电子仪器的使用。(包括示波器的使用、万用表的使用、函数信号发生器
的使用等内容)
实验二:晶体管共射极单管放大器
实验三:射极跟随器
实验四:差动放大器
,不得打印。
,可参考大学物理实验报告的要求。
,收好后统一交给老师。
模拟电子实验指导书
目录
实验一示波器原理及使用....................................................................1
实验二晶体管共射极单管放大器......................................................11
实验三射极跟随器..............................................................................18
实验四差动放大器..............................................................................22
:.
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实验一示波器原理及使用
一、示波器的基本结构
示波器的种类很多,但它们都包含下列基本组成部分,如附图1-1所示。
附图1-1示波器的基本结构框图
1、主机
主机包括示波管及其所需的各种直流供电电路,在面板上的控制旋钮有:辉
度、聚焦、水平移位、垂直移位等。
2、垂直通道
垂直通道主要用来控制电子束按被测信号的幅值大小在垂直方向上的偏移。
它包括Y轴衰减器,Y轴放大器和配用的高频探头。通常示波管的偏转灵敏
度比较低,因此在一般情况下,被测信号往往需要通过Y轴放大器放大后加到垂
直偏转板上,才能在屏幕上显示出一定幅度的波形。Y轴放大器的作用提高了
示波管Y轴偏转灵敏度。为了保证Y轴放大不失真,加到Y轴放大器的信号不宜
太大,但是实际的被测信号幅度往往在很大范围内变化,此Y轴放大器前还必须
加一Y轴衰减器,以适应观察不同幅度的被测信号。示波器面板上设有“Y轴衰
1:.
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减器”(通常称“Y轴灵敏度选择”开关)和“Y轴增益微调”旋钮,分别调节Y
轴衰减器的衰减量和Y轴放大器的增益。
对Y轴放大器的要求是:增益大,频响好,输入阻抗高。
为了避免杂散信号的干扰,被测信号一般都通过同轴电缆或带有探头的同轴
电缆加到示波器Y轴输入端。但必须注意,被测信号通过探头幅值将衰减(或不
衰减),其衰减比为10∶1(或1∶1)。
3、水平通道
水平通道主要是控制电子束按时间值在水平方向上偏移。
主要由扫描发生器、水平放大器、触发电路组成。
)扫描发生器
扫描发生器又叫锯齿波发生器,用来产生频率调节范围宽的锯齿波,作为
X轴偏转板的扫描电压。锯齿波的频率(或周期)调节是由“扫描速率选择”开
关和“扫速微调”旋钮控制的。使用时,调节“扫速选择”开关和“扫速微调”
旋钮,使其扫描周期为被测信号周期的整数倍,保证屏幕上显示稳定的波形。
)水平放大器
其作用与垂直放大器一样,将扫描发生器产生的锯齿波放大到X轴偏转板
所需的数值。
)触发电路
用于产生触发信号以实现触发扫描的电路。为了扩展示波器应用范围,一
般示波器上都设有触发源控制开关,触发电平与极性控制旋钮和触发方式选择开
关等。
二、示波器的二踪显示
1、二踪显示原理
示波器的二踪显示是依靠电子开关的控制作用来实现的。
电子开关由“显示方式”开关控制,共有五种工作状态,即Y、Y、Y+Y、
1212
交替、断续。当开关置于“交替”或“断续”位置时,荧光屏上便可同时显示两
个波形。当开关置于“交替”位置时,电子开关的转换频率受扫描系统控制,工
作过程如附图1-2所示。即电子开关首先接通Y通道,进行第一次扫描,显示
2
由Y通道送入的被测信号的波形;然后电子开关接通Y通道,进行第二次扫描,
21
显示由Y通道送入的被测信号的波形;接着再接通Y通道„„这样便轮流地对
12
Y和Y两通道送入的信号进行扫描、显示,由于电子开关转换速度较快,每次扫
21
描的回扫线在荧光屏上又不显示出来,借助于荧光屏的余辉作用和人眼的视觉暂
留特性,使用者便能在荧光屏上同时观察到两个清晰的波形。这种工作方式适宜
2:.
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于观察频率较高的输入信号场合。
当开关置于“断续”位置时,相当于将一次扫描分成许多个相等的时间间隔。
在第一次扫描的第一个时间间隔内显示Y信号波形的某一段;在第二个时间时
2
隔内显示Y信号波形的某一段;以后各个时间间隔轮流地显示Y、Y两信号波形
121
的其余段,经过若干次断续转换,使荧光屏上显示出两个由光点组成的完整波形
如附图1-3(a)所示。由于转换的频率很高,光点靠得很近,其间隙用肉眼几乎
分辨不出,再利用消隐的方法使两通道间转换过程的过渡线不显示出来,见附图
1-3(b),因而同样可达到同时清晰地显示两个波形的目的。这种工作方式适合
于输入信号频率较低时使用。
附图1-2交替方式显示波形附图1-3断续方式显示波形
2、触发扫描
在普通示波器中,X轴的扫描总是连续进行的,称为“连续扫描”。为了能
更好地观测各种脉冲波形,在脉冲示波器中,通常采用“触发扫描”。采用这种
扫描方式时,扫描发生器将工作在待触发状态。它仅在外加触发信号作用下,时
基信号才开始扫描,否则便不扫描。这个外加触发信号通过触发选择开关分别取
自“内触发”(Y轴的输入信号经由内触发放大器输出触发信号),也可取自“外
触发”输入端的外接同步信号。其基本原理是利用这些触发脉冲信号的上升沿或
下降沿来触发扫描发生器,产生锯齿波扫描电压,然后经X轴放大后送X轴偏转
板进行光点扫描。适当地调节“扫描速率”开关和“电平”调节旋钮,能方便地
在荧光屏上显示具有合适宽度的被测信号波形。
上面介绍了示波器的基本结构,下面将结合使用介绍电子技术实验中常用的
CA8020型双踪示波器。
三、CA8020型双踪示波器
1、概述
CA8020型示波器为便携式双通道示波器。本机垂直系统具有0~20MHz的频
3:.
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带宽度和5mV/DIV~5V/DIV的偏转灵敏度,配以10∶1探极,灵敏度可达5V/DIV。
本机在全频带范围内可获得稳定触发,触发方式设有常态、自动、TV和峰值自
动,尤其峰值自动给使用带来了极大的方便。内触设置了交替触发,可以稳定地
显示两个频率不相关的信号。~
速度,并设有扩展×10,可将最快扫速度提高到20nS/DIV。
2、面板控制件介绍
CA8020面板图如附图1-4所示
附图1-4CA8020型双踪示波器面板图
序号控制件名称功能
(1)亮度调节光迹的亮度
(2)辅助聚焦与聚焦配合,调节光迹的清晰度
(3)聚焦调节光迹的清晰度
(4)迹线旋转调节光迹与水平刻度线平行
,频率为1KHz的方波信号,
(5)校正信号用于校正10∶1探极的补偿电容器和检测示
波器垂直与水平的偏转因数
(6)电源指示电源接通时,灯亮
(7)电源开关电源接通或关闭
CH1移位调节通道1光迹在屏幕上的垂直位置,用作X
(8)
PULLCH1-XCH2-Y-Y显示
CH2移位调节通道2光迹在屏幕上的垂直位置,在ADD
(9)
PULLINVERT方式时使CH1+CH2或CH1-CH2
4:.
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CH1或CH2:通道1或通道2单独显示
ALT:两个通道交替显示
(10)垂直方式CHOP:两个通道断续显示,用于扫速较慢时
的双踪显示
ADD:用于两个通道的代数和或差
(11)垂直衰减器调节垂直偏转灵敏度
(12)垂直衰减器调节垂直偏转灵敏度
用于连续调节垂直偏转灵敏度,顺时针旋足为
(13)微调
校正位置
用于连续调节垂直偏转灵敏度,顺时针旋足为
(14)微调
校正位置
(15)耦合方式用于选择被测信号饋入垂直通道的耦合方式
(AC-DC-GND)
(16)耦合方式用于选择被测信号饋入垂直通道的耦合方式
(AC-DC-GND)
(17)CH1ORX被测信号的输入插座
(18)CH2ORY被测信号的输入插座
(19)接地(GND)与机壳相联的接地端
(20)外触发输入外触发输入插座
(21)内触发源用于选择CH1、CH2或交替触发
用于选择触发源为INT(内),EXT(外)或
(22)触发源选择
LINE(电源)
(23)触发极性用于选择信号的上升或下降沿触发扫描
(24)电平用于调节被测信号在某一电平触发扫描
用于连续调节扫描速度,顺时针旋足为校正位
(25)微调
置
(26)扫描速率用于调节扫描速度
常态(NORM):无信号时,屏幕上无显示;
有信号时,与电平控制配合显示稳定波形。
自动(AUTO):无信号时,屏幕上显示光迹;
5:.
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(27)触发方式有信号时,与电平控制配合显示稳定波形。
电视场(TV):用于显示电视场信号。
峰值自动(P-PAUTO):无信号时,屏幕
上显示光迹;有信号时,无须调节电平即能获
得稳定波形显示。
(28)触发指示在触发扫描时,指示灯亮
水平移位调节迹线在屏幕上的水平位置拉出时扫描速
(29)
PULL×10度被扩展10倍
3、操作方法
1)、电源检查
CA8020双踪示波器电源电压为220V±10%。接通电源前,检查当地电源电
压,如果不相符合,则严格禁止使用!
2)、面板一般功能检查
控制件名称作用位置控制件名称作用位置
亮度居中触发方式峰值自动
位移居中极性正
垂直方式CH1触发源INT
灵敏度选择10mV/div内触发源CH1
微调校正位置输入耦合AC
,电源指示灯亮,稍预热后,屏幕上出现扫描光迹,分别调节
亮度、聚焦、辅助聚焦、迹线旋转、垂直、水平移位等控制件,使光迹清晰并与
水平刻度平行。
∶1探极将校正信号输入至CH1输入插座。
,使荧光屏上显示稳定且易观察方波波形。
,垂直方式置于“CH2”,内触发源置于“CH2”,
重复D操作。
3)、垂直系统的操作
6:.
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当只需观察一路信号时,将“垂直方式”开关置“CH1”或“CH2”,此时
被选中的通道有效,被测信号可从通道端口输入。当需要同时观察两路信号时,
将“垂直方式”开关置“交替”,该方式使两个通道的信号被交替显示,交替显
示的频率受扫描周期控制。当扫速低于一定频率时,交替方式显示会出现闪烁,
此时应将开关置于“断续”位置。当需要观察两路信号代数和时,将“垂直方式”
开关置于“代数和”位置,在选择这种方式时,两个通道的衰减设置必须一致,
CH2移位处于常态时为CH1+CH2,CH2移位拉出时为CH1-CH2。
直流(DC)耦合:适用于观察包含直流成份的被测信号,如信号的逻辑电
平和静态信号的直流电平,当被测信号的频率很低时,也必须采用这种方式。
交流(AC)耦合:信号中的直流分量被隔断,用于观察信号的交流份量,
如观察较高直流电平上的小信号。
接地(GND):通道输入端接地(输入信号断开),用于确定输入为零时光
迹所处位置。
(V/div)的设定
按被测信号幅值的大小选择合适档级。“灵敏度选择”开关外旋钮为粗调,
中心旋钮为细调(微调),微调旋钮按顺时针方向旋足至校正位置时,可根据粗
调旋钮的示值(V/div)和波形在垂直轴方向上的格数读出被测信号幅值。
4)、触发源的选择
当触发源开关置于“电源”触发,机内50Hz信号输入到触发电路。当触发
源开关置于“常态”触发,有两种选择,一种是“外触发”,由面板上外触发输
入插座输入触发信号;另一种是“内触发”,由内触发源选择开关控制。
“CH1”触发:触发源取自通道1。
“CH2”触发:触发源取自通道2。
“交替触发”:触发源受垂直方式开关控制,当垂直方式开关置于“CH1”,
触发源自动切换到通道1;当垂直方式开关置于“CH2”,触发源自动切换到通
道2;当垂直方式开关置于“交替”,触发源与通道1、通道2同步切换,在这种
7:.
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状态使用时,两个不相关的信号其频率不应相差很大,同时垂直输入耦合应置于
“AC”,触发方式应置于“自动”或“常态”。当垂直方式开关置于“断续”和
“代数和”时,内触发源选择应置于“CH1”或”CH2”。
5)、水平系统的操作
(t/div)的设定
按被测信号频率高低选择合适档级,“扫描速率”开关外旋钮为粗调,中心
旋钮为细调(微调),微调旋钮按顺时针方向旋足至校正位置时,可根据粗调旋
钮的示值(t/div)和波形在水平轴方向上的格数读出被测信号的时间参数。当需要
观察波形某一个细节时,可进行水平扩展×10,此时原波形在水平轴方向上被扩
展10倍。
“常态”:无信号输入时,屏幕上无光迹显示;有信号输入时,触发电平调
节在合适位置上,电路被触发扫描。当被测信号频率低于20Hz时,必须选择这
种方式。
“自动”:无信号输入时,屏幕上有光迹显示;一旦有信号输入时,电平调
节在合适位置上,电路自动转换到触发扫描状态,显示稳定的波形,当被测信号
频率高于20Hz时,最常用这一种方式。
“电视场”:对电视信号中的场信号进行同步,如果是正极性,则可以由CH2
输入,借助于CH2移位拉出,把正极性转变为负极性后测量。
“峰值自动”:这种方式同自动方式,但无须调节电平即能同步,它一般适
用于正弦波、对称方波或占空比相差不大的脉冲波。对于频率较高的测试信号,
有时也要借助于电平调节,它的触发同步灵敏度要比“常态”或“自动”稍低一
些。
C.“极性”的选择
用于选择被测试信号的上升沿或下降沿去触发扫描。
D.“电平”的位置
用于调节被测信号在某一合适的电平上启动扫描,当产生触发扫描后,触发
指示灯亮。
4、测量电参数
1)电压的测量
8:.
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示波器的电压测量实际上是对所显示波形的幅度进行测量,测量时应使被
测波形稳定地显示在荧光屏中央,幅度一般不宜超过6div,以避免非线性失真造
成的测量误差。
)交流电压的测量
,将垂直方式置于被选用的通道。
“灵敏度微调”旋钮置校准位置,调整示波器有关控制件,使荧
光屏上显示稳定、易观察的波形,则交流电压幅值
Vp-p=垂直方向格数(div)×垂直偏转因数(V/div)
)直流电平的测量
,使屏幕显示扫描基线。
“GND”。
,将扫描基线调至合适位置,作为零电平基准线。
“灵敏度微调”旋钮置校准位置,输入耦合方式置“DC”,被测电平
由相应Y输入端输入,这时扫描基线将偏移,读出扫描基线在垂直方向偏移的
格数(div),则被测电平
V=垂直方向偏移格数(div)×垂直偏转因数(V/div)×偏转方向(+或一)
式中,基线向上偏移取正号,基线向下偏移取负号。
2)、时间测量
时间测量是指对脉冲波形的宽度、周期、边沿时间及两个信号波形间的时间
间隔(相位差)等参数的测量。一般要求被测部分在荧光屏X轴方向应占(4~
6)div。
)时间间隔的测量
对于一个波形中两点间的时间间隔的测量,测量时先将“扫描微调”旋钮
置校准位置,调整示波器有关控制件,使荧光屏上波形在X轴方向大小适中,
读出波形中需测量两点间水平方向格数,则时间间隔:
时间间隔=两点之间水平方向格数(div)×扫描时间因数(t/div)
)脉冲边沿时间的测量
上升(或下降)时间的测量方法和时间间隔的测量方法一样,只不过是测
9:.
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量被测波形满幅度的10%和90%两点之间的水平方向距离,如附图1-5所示。
用示波器观察脉冲波形的上升边沿、下降边沿时,必须合理选择示波器的触
发极性(用触发极性开关控制)。显示波形的上升边沿用“+”极性触发,显示
波形下降边沿用“-”极性触发。如波形的上升沿或下降沿较快则可将水平扩展
×10,使波形在水平方向上扩展10倍,则上升(或下降)时间:
水平方向格数(div)扫描时间因数(t/div)
上升(或下降)时间=
水平扩展倍数
)相位差的测量
“CH1”和“CH2”输入插座。
,将垂直方式置于“交替”或“断续”
。
“”,调节CH1、CH2移位旋钮,使
两条扫描基线重合。
、CH2耦合方式开关置“AC”,调整有关控制件,使荧光屏显示
大小适中、便于观察两路信号,如附图1-6所示。读出两波形水平方向差距格数
D及信号周期所占格数T,则相位差:
D
θ360o
T
附图1-5上升时间的测量附图1-6相位差的测量
10:.
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实验二晶体管共射极单管放大器
一、实验目的
,分析静态工作点对放大器性能的影
响。
、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压
的测试方法。
。
二、实验原理
图2-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采
用R和R组成的分压电路,并在发射极中接有电阻R,以稳定放大器的静态工
B1B2E
作点。当在放大器的输入端加入输入信号u后,在放大器的输出端便可得到一
i
个与u相位相反,幅值被放大了的输出信号u,从而实现了电压放大。
i0
图2-1共射极单管放大器实验电路
在图2-1电路中,当流过偏置电阻R和R的电流远大于晶体管T的基极
B1B2
电流I时(一般5~10倍),则它的静态工作点可用下式估算
B
R
UB1U
BRRCC
B1B2
UU
IBBEI
ERC
E
U=U-I(R+R)
CECCCCE
电压放大倍数
R//R
AβCL
Vr
be
输入电阻
R=R//R//r
iB1B2be
输出电阻
R≈R
OC
由于电子器件性能的分散性比较大,因此在设计和制作晶体管放大电路时,
11:.
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离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数,为电路设计提供必
要的依据,在完成设计和装配以后,还必须测量和调试放大器的静态工作点和各
项性能指标。一个优质放大器,必定是理论设计与实验调整相结合的产物。因此,
除了学****放大器的理论知识和设计方法外,还必须掌握必要的测量和调试技术。
放大器的测量和调试一般包括:放大器静态工作点的测量与调试,消除干扰
与自激振荡及放大器各项动态参数的测量与调试等。
1)静态工作点的测量
测量放大器的静态工作点,应在输入信号u=0的情况下进行,即将放大
i
器输入端与地端短接,然后选用量程合适的直流毫安表和直流电压表,分别测量
晶体管的集电极电流I以及各电极对地的电位U、U和U。一般实验中,为了避
CBCE
免断开集电极,所以采用测量电压U或U,然后算出I的方法,例如,只要测
ECC
出U,即可用
E
UUU
算出I(也可根据ICCC,由U确定I),同时也能算出U
IIECCCBE
CERCR
EC
=U-U,U=U-U。
BECECE
为了减小误差,提高测量精度,应选用内阻较高的直流电压表。
2)静态工作点的调试
放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流I(或U)的调整与测试。
CCE
静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点
偏高,放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真,此时u的负半周将被削底,
O
如图2-2(a)所示;如工作点偏低则易产生截止失真,即u的正半周被缩顶(一
O
般截止失真不如饱和失真明显),如图2-2(b)所示。这些情况都不符合不失真
放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试,即在放大器的输入端
加入一定的输入电压u,检查输出电压u的大小和波形是否满足要求。如不满
iO
足,则应调节静态工作点的位置。
(a)(b)
图2-2静态工作点对u波形失真的影响
O
改变电路参数U、R、R(R、R)都会引起静态工作点的变化,如图2-3
CCCBB1B2
所示。但通常多采用调节偏置电阻R的方法来改变静态工作点,如减小R,则
B2B2
可使静态工作点提高等。
12:.
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图2-3电路参数对静态工作点的影响
最后还要说明的是,上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的,应
该是相对信号的幅度而言,如输入信号幅度很小,即使工作点较高或较低也不一
定会出现失真。所以确切地说,产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合
不当所致。如需满足较大信号幅度的要求,静态工作点最好尽量靠近交流负载线
的中点。
放大器动态指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出
电压(动态范围)和通频带等。
1)电压放大倍数A的测量
V
调整放大器到合适的静态工作点,然后加入输入电压u,在输出电压u不
iO
失真的情况下,用交流毫伏表测出u和u的有效值U和U,则
ioiO
U
A0
VU
i
2)输入电阻R的测量
i
为了测量放大器的输入电阻,按图2-4电路在被测放大器的输入端与信号
源之间串入一已知电阻R,在放大器正常工作的情况下,用交流毫伏表测出U
S
和U,则根据输入电阻的定义可得
i
UUU
RiiiR
iIUUU
iRSi
R
图2-4输入、输出电阻测量电路
测量时应注意下列几点:
①由于电阻R两端没有电路公共接地点,所以测量R两端电压U时必须分
R
别测出U和U,然后按U=U-U求出U值。
SiRSiR
②电阻R的值不宜取得过大或过小,以免产生较大的测量误差,通常取R
与R为同一数量级为好,本实验可取R=1~2KΩ。
i
13:.
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3)输出电阻R的测量
0
按图2-4电路,在放大器正常工作条件下,测出输出端不接负载R的输出
L
电压U和接入负载后的输出电压U,根据
OL
R
ULU
LRRO
OL
即可求出
U
R(O1)R
OUL
L
在测试中应注意,必须保持R接入前后输入信号的大小不变。
L
4)最大不失真输出电压U的测量(最大动态范围)
OPP
如上所述,为了得到最大动态范围,应将静态工作点调在交流负载线的中点。
为此在放大器正常工作情况下,逐步增大输入信号的幅度,并同时调节R(改变
W
静态工作点),用示波器观察u,当输出波形同时出现削底和缩顶现象(如图2
O
-5)时,说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号,
使波形输出幅度最大,且无明显失真时,用交流毫伏表测出U(有效值),则动
O
态范围等于22U。或用示波器直接读出U来。
0OPP
图2-5静态工作点正常,输入信号太大引起的失真
5)放大器幅频特性的测量
放大器的幅频特性是指放大器的电压放大倍数A与输入信号频率f之间的
U
关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2-6所示,A为中频电
um
压放大倍数,通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的1/2倍,
,则通频带f
umLHBW
=f-f
HL
放大器的幅率特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数A。为此,可采
U
用前述测A的方法,每改变一个信号频率,测量其相应的电压放大倍数,测量
U
时应注意取点要恰当,在低频段与高频段应多测几点,在中频段可以少测几点。
此外,在改变频率时,要保持输入信号的幅度不变,且输出波形不得失真。
6)干扰和自激振荡的消除
参考实验附录
14:.
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3DG9011(NPN)
3CG9012(PNP)
9013(NPN)
图2-6幅频特性曲线图2-7晶体三极管管脚排
列
三、实验设备与器件
1.+
×1(β=50~100)或9011×1(管脚排列如图2-7所
示)
、电容器若干
四、实验内容
实验电路如图2-1所示。各电子仪器可按实验一中图1-1所示方式连接,
为防止干扰,各仪器的公共端必须连在一起,同时信号源、交流毫伏表和示波器
的引线应采用专用电缆线或屏蔽线,如使用屏蔽线,则屏蔽线的外包金属网应接
在公共接地端上。
接通直流电源前,先将R调至最大,函数信号发生器输出旋钮旋至零。接
W
通+12V电源、调节R,使I=(即U=),用直流电压表测量U、
WCEB